CN115921846A - 一种丝素肽介导的金铜纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丝素肽介导的金铜纳米粒子及其制备方法和应用，该方法采用丝素肽作为还原剂和稳定剂，在丝素肽溶液中，在磁力搅拌的条件下，逐滴加入氯金酸(HAuCl4)溶液，反应2min后，逐滴加入等量的硫酸铜(CuSO4)溶液，调节pH 9‑13，45℃温度下，继续反应4h，反应结束离心收集沉淀，冷冻干燥即所得到的金铜纳米颗粒，表面带有负电荷，分散性良好、形貌均一，粒径在20nm左右，性质稳定，具有极强的类过氧化物酶性质，可以用来检测各类抗氧化剂，具有检测限低，检测灵敏度高的特点，是生物工程领域的理想材料。
Description
技术领域
本发明涉及纳米酶催化检测领域，具体涉一种丝素肽介导的金铜纳米粒子制备方法及其应用。
背景技术
纳米酶因体积较小，比表面积大，稳定性高，催化活性可调成本低等优点,因此现在被作为天然酶的优质替代品，因此近些年来，具有催化活性的纳米酶等功能纳米材料受到了广泛的关注，其中贵金属纳米金材料被证明具有模拟酶的活性，而且具有多种类酶活性及其自身的游戏性能被广泛应用生物传感、催化，固定化酶、生物分离、核酸纯化、靶向药物等领域，但是目前对于纳米金材料所不足之处是裸金纳米颗粒的稳定性能较差，容易发生团聚现象，且催化活性受表面修饰以及颗粒的大小的影响从而阻碍了其实际应用，以目前仍然需要开发温和安全的合成方法以及提高纳米金的催化活性，目前提高纳米金催化活性的方法除了改变纳米金表面特性以及大小外，和其他金属共同制备双金属纳米酶也是近几年常用的方法。其中Rout等人(L.Rout,A.Kumar,R.S.Dhaka,G.N.Reddy,S.Giri,P.Dash,Bimetallic Au-Cu alloy nanoparticles on reduced graphene oxide support:Synthesis,catalytic activity and investigation of synergistic effect by DFTanalysis,Applied Catalysis A:General 538(2017)107-122)制备了Au-Cu合金材料，验证了Au-CuNP是一种良好的双金属合金纳米材料，具有更高的催化活性。目前虽然关于双金属纳米材料制备方面的专利报道，但是其中利用的还原剂模板为有毒的强还原剂，如中国专利CN114452386A中公开了一种利用新鲜配置的硼氢化钠溶液作为还原剂，制备得到金铜双金属纳米酶复合材料，即LNFs@Au/Cu复合材料。该复合材料具有抗菌的作用；中国专利CN108326320A中公开了一种利用还原剂硼氢化钠，而且在有机相甲苯和四辛基溴化铵体系中制备合成金铜纳米合金纳米粒子；中国专利CN102728847A中公开了一直利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂，以硼氢化钠为还原剂，在通入氩气的体系下，合成金铜双金属纳米球。这些合成过程使用的硼氢化钠还原剂已经被列入了《易制爆危险化学品名录》，在合成过程存在很大的安全隐患，因此寻找一种工艺简单，绿色，经济的制备金铜纳米材料仍然是个巨大的挑战。公开号为CN111438368B的专利申请文件公开了利用丝素蛋白溶液制备金铂双金属纳米酶及其应用，是在再生丝素蛋白水溶液中(酸性环境)原位结晶生成金铂双金属纳米酶。(2)通过表征发现制备产生的双金属纳米酶表面同时形成了丝素蛋白构成的蛋白冠。但丝素蛋白溶液具有不稳定，容易凝胶、结絮的问题(CN103194068A，一种稳定丝素蛋白溶液的方法)。本专利首次利用的还原剂和稳定剂均为丝素肽，含有丰富的氨基酸，不仅原料经济实惠易获得，而且整个制备过程反应条件温和，环保，反应过程可控。
抗氧化剂是一组具有还原能力的分子，通过提供电子或氢原子参与氧化还原反应。许多来自植物代谢物的抗氧化剂，包括抗换血酸、没食子酸和L-半胱氨酸等，在维持生物体的氧化应激水平方面发挥着关键的生物学功能，有效的抗氧化剂可以清除体内的活性氧基和一些自由基，保护细胞免受氧化损伤，增强人体免疫功能，能够预防感冒和癌症等，在日常生活中，在饮食和一些饮料中会添加抗氧化剂清除氧自由基，最常添加的抗氧化剂为抗坏血酸，食品中的抗坏血酸在果蔬贮藏、食品加工中的变化关系到食品的品质和保存和人们的健康。因此，对食品中抗坏血酸的检测是十分重要的。抗坏血酸传统的检测方法主要有四种：滴定法、光度分析、高效液相色谱、电化学，但是操作比较复杂，本专利制备的丝素蛋白介导的金铜纳米粒子在抗氧化分析中具有操作简单，灵敏度高等特点。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的是提供一种丝素肽介导的金铜纳米粒子的制备方法及其应用，以丝素蛋白的氨基酸组成为对照，经碱性蛋白酶酶解得到的中间水解产物丝素肽的氨基酸组成比例上稍有变化，其中Ser、Ala、Gly、Tyr含量相对较高，与丝素蛋白相比，这四种氨基酸的总量均有所增加(参考文献：吴晖等人(吴晖.丝素肽的酶解法制备及生物活性研究[D].华南理工大学，2012))。其中在碱性条件下，Tyr存在的强给电子的甲酚基团具有还原性，而且丝素肽也暴露出更多的氨基(-NH2)和巯基(-SH),其中丝素肽在介导金铜纳米粒子合成过程中，一方面丝素肽表面的氨基(-NH2)和巯基(-SH)将原料中的Au3+还原成稳定的Au+，甲酚基团的还原性将Au+和Cu2+还原成金铜纳米粒子，另一方面丝素肽表面的负电荷基团仍然保留在金铜纳米粒子表面，使其zeta电位呈现负电荷，从而也充当了稳定剂的作用，使金铜纳米粒子分散均匀。因此在丝素肽介导合成的金铜纳米粒,具有反应体系环保、反应过程快捷的特点，分散性良好、形貌均一，性质稳定，具有优良的过氧化物酶性质。
技术方案：
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种丝素肽介导的金铜纳米粒子(SFP@Au-CuNPs纳米)，表面带有负电荷，zeta电位在-25mV，粒径在20nm左右，具有过氧化物酶活性。
一种丝素肽介导的金铜纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备不同分子量的丝素肽(参考文献：吴晖等人(吴晖.丝素肽的酶解法制备及生物活性研究[D].华南理工大学，2012))制备丝素肽，将其作为后续反应的还原剂和稳定剂；
丝素肽的分离步骤为：将丝素肽溶液经超滤处理获取分子量>5kDa、3～5kDa、1～3kDa、<1kDa四种不同分子量的丝素肽溶液，透析脱盐后，冷冻干燥，得到不同分子量的丝素肽固体。
较佳地，丝素肽的分子量为3～5kDa，在该分子量范围所得SFP@Au-CuNPs纳米具有最佳的过氧化物酶性质。
(2)将制备得到的丝素肽溶于超纯水中在磁力搅拌情况下混匀，得到浓度为480-560μg/mL的丝素肽溶液，备用；
(3)在6mL丝素肽溶液中，逐滴加入100μL、浓度为100mmol/L的HAuCl4溶液，反应后；再逐滴加入100μL、浓度为100mmol/L的CuSO4溶液，调节pH为碱性后，搅拌，反应4h，离心重悬，冷冻干燥即得到金铜纳米粒SFP@Au-CuNPs纳米材料。
反应条件是在pH 9-13，45℃下，搅拌反应4h。较佳地，反应体系pH为10。
丝素肽介导的金铜纳米粒子在抗氧化剂分析检测中的应用，所检测的抗氧剂为抗坏血酸、没食子酸、L-半胱氨酸之任意一种。
有益效果：
1)本发明首次使用丝素肽作为还原剂和稳定剂，在水溶液中制备了丝素肽介导的金铜纳米粒子，合成方法快速，且反应条件稳定、温和、环保，无需任何有机溶剂，，对于环境和操作人员无污染。
2)本发明制备的金铜纳米粒子具有优良的过氧化物酶性质。
3)本发明所制备的金铜纳米粒子粒径均匀、分散性良好，具有良好的稳定性。
附图说明
图1.实施例3中样品3所得(反应pH为10、丝素肽分子量为3～5kDa、丝素肽浓度为520μg/mL时所制备的金铜纳米粒子)的丝素肽介导的金铜纳米粒子TEM图。
图2.UV-vis光谱表征实施例3中样品2丝素肽介导的金铜纳米粒子的过氧化物酶活性。
图3.实施例3中样品2丝素肽介导的金铜纳米粒的粒径稳定性。(A).不同批次合成的金铜纳米粒子粒径比较；(B).放置了不同天数下的金铜纳米粒子粒径比较。
图4.实施例3中样品2丝素肽介导的金铜纳米粒的过氧化物酶稳定性。(A).不同批次合成的金铜纳米粒子的过氧化物酶活性比较；(B).放置了不同天数下的金铜纳米粒子的过氧化物酶活性比较。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例说明不同组分的丝素肽介导制备金铜纳米粒子的理化性质。
实施例1
根据吴晖等人(吴晖.丝素肽的酶解法制备及生物活性研究[D].华南理工大学，2012)制备丝素肽，将6mL四种不同分子量(>5kDa、3～5kDa、1～3kDa、<1kDa)的丝素肽用超纯水溶解，制备成丝素肽溶液(480μg/mL)后，分别放入到磁力搅拌器中，逐滴加入100μL的HAuCl4溶液(100mmol/L)，搅拌2min后，随后逐滴加入100uL的CuSO4溶液(100mmol/L),调节pH值为9，保持温度在45℃，反应4h，对于反应得到的纳米颗粒进行离心处理，转速为12000rpm/min，离心时间10min，离心结束后取沉淀物，加入超纯水，再次重悬离心，重复三次，去除未反应物质，得到四种不同分子量的丝素肽介导制备的金铜纳米粒子，进行粒径观察，根据H2O2/TMB/金铜纳米粒子体系，制备的金铜纳米粒子能够使H2O2/TMB体系显色，过氧化物酶性质用oxTMB在652nm处的OD值表示，OD值越高，过氧化物酶活性越高。用四种不同组分的丝素肽介导制备的的金铜纳米粒子的理化性质见表1。其中实验组体系为H2O2/TMB/金铜纳米粒子体系，对照组为H2O2/TMB/蒸馏水体系。从表1可以得出在丝素肽分子量在3～5kDa时介导合成的金铜纳米粒子具有最佳的过氧化物酶性质，且粒径在30nm左右。
表1:不同组分丝素肽介导制备的的金铜纳米粒子的理化性质
实施例2
本实施例说明不同浓度的3～5kDa丝素肽介导制备金铜纳米粒子的理化性质。
将分子量为3～5kDa丝素肽固体用超纯水溶解，配置成浓度分别为480、500、520、540、560μg/mL的丝素肽溶液，取6mL的上述不同浓度的丝素肽溶液分别放入到磁力搅拌器中，逐滴加入100μL的HAuCl4溶液(100mmol/L)，搅拌2min后，随后逐滴加入100uL的CuSO4溶液(100mmol/L),调节pH值为13，保持温度在45℃，反应4h，对于反应得到的纳米颗粒进行离心处理，转速为12000rpm/min，离心时间10min，离心结束后取沉淀物，加入超纯水，再次重悬离心，重复三次，去除未反应物质，得到五种不同丝素肽浓度介导合成的金铜纳米粒子，进行粒径观察，根据H2O2/TMB/金铜纳米粒子体系，金铜纳米粒子能够使H2O2/TMB体系显色，过氧化物酶性质用oxTMB在652nm处的OD值表示，OD值越高，过氧化物酶活性越高。不同丝素肽浓度合成的金铜纳米粒子直径及过氧化物酶活性数据见表2。其中实验组体系为H2O2/TMB/金铜纳米粒子体系，对照组为H2O2/TMB/蒸馏水体系。从表2可以得出在丝素肽浓度在520μg/mL时介导合成的金铜纳米粒子具有最佳的过氧化物酶性质。
表2:不同浓度的丝素肽介导制备的金铜纳米粒子的理化性质
实施例3
本实施例说明在不同的反应pH条件下制备的金铜纳米粒子的理化性质过程及抗氧化检测
将分子量3～5kDa的丝素肽固体用超纯水溶解，制备丝素肽溶液(520μg/mL)，按照实施例1所记载的制备方法,调节反应液为不同的pH值，得到五种不同反应pH下分子量为3～5kDa的丝素肽介导制备的金铜纳米粒子，检测产物的粒径和OD值。不同反应pH条件下丝素肽介导制备的金铜纳米粒子的理化性质见表3。其中实验组体系为H2O2/TMB/金铜纳米粒子体系，对照组为H2O2/TMB/蒸馏水体系。综合考虑反应pH为10、丝素肽组分为3～5kDa、丝素肽浓度为520μg/mL时所制备的金铜纳米粒子具有最佳过氧化物酶活性，在此条件下制备的金铜纳米粒子用于抗坏血酸、没食子酸、L-半胱氨酸抗氧化剂的检测，对于抗氧化剂的检测数据见表4。
表3:不同反应pH条件下丝素肽介导制备的金铜纳米粒子的理化性质
表4:金铜纳米粒子对于抗坏血酸、没食子酸、L-半胱氨酸抗氧化剂的检测数据
| 抗氧剂名称 | 最低检测限(μmol/L) | 检测范围(μmol/L) | <![CDATA[相关系数(R<sup>2</sup>)]]> |
| 抗坏血酸 | 0.059 | 0.059-80.000 | 0.998 |
| 没食子酸 | 0.010 | 0.010-15.000 | 0.996 |
| L-半胱氨酸 | 0.040 | 0.040-45.000 | 0.990 |
经考察最优工艺下(反应pH为10、丝素肽组分为3～5kDa、丝素肽浓度为520μg/mL时)所制备不同批次以及不同放置时间下的金铜纳米粒子粒径大小见图3，以及其过氧化物酶活稳定性见图4。从图可以看出，最优工艺下合成的金铜纳米粒子性能稳定，室温放置20天，无团聚、絮凝等现象，过氧化物酶活性未见明显下降。
Claims (7)
1.一种丝素肽介导的金铜纳米粒子，其特征在于，表面带有负电荷，zeta电位在-25mV，粒径在20nm左右，具有过氧化物酶活性。
2.一种根据权利要求1所述的丝素肽介导的金铜纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)制备不同分子量的丝素肽；
(2)将制备得到的丝素肽溶于超纯水中在磁力搅拌情况下混匀，得到浓度为480-560μg/mL的丝素肽溶液，备用；
(3)在6mL丝素肽溶液中，逐滴加入100μL、浓度为100mmol/L的HAuCl4溶液，反应后；再逐滴加入100μL、浓度为100mmol/L的CuSO4溶液，调节pH为碱性后，搅拌，反应4h，在反应过程中，一方面丝素肽表面的氨基-NH2和巯基-SH将原料中的Au3+还原成稳定的Au+，甲酚基团的还原性将Au+和Cu2+还原成金铜纳米粒子，另一方面丝素肽表面的负电荷基团仍然保留在金铜纳米粒子表面，使其zeta电位呈现负电荷，发挥稳定剂的作用，使金铜纳米粒子分散均匀；反应结束后，离心重悬，冷冻干燥即得到金铜纳米粒SFP@Au-CuNPs纳米材料。
3.根据权利要求2所述的一种丝素肽介导的金铜纳米粒子制备方法，其特征在于丝素肽的分离步骤为：将丝素肽溶液经超滤处理获取分子量>5kDa、3～5kDa、1～3kDa、<1kDa四种不同分子量的丝素肽溶液，透析脱盐后，冷冻干燥，得到不同分子量的丝素肽固体。
4.根据权利要求2所述的一种丝素肽介导的金铜纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(3)的反应条件是在pH 9-13，45℃下，搅拌反应4h。
5.根据权利要求2所述的一种丝素肽介导的金铜纳米粒子制备方法，其特征在于所述丝素肽的分子量为3～5kDa，步骤(3)的反应体系pH为10。
6.权利要求1所述的丝素肽介导的金铜纳米粒子在抗氧化剂分析检测中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述的抗氧化剂分析检测所检测的抗氧剂为抗坏血酸、没食子酸、L-半胱氨酸之任意一种。
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